Du diplôme de Master Académique

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF - M’SILA

Mémoire présenté pour l’obtention

Du diplôme de Master Académique

Par : OKBA Salah et BEDDIAR Walid

Intitulé

Soutenu devant le jury composé de :

OUAGUENI Fayssal Université de M’sila Président

BOUZIDI Riad Université de M’sila Rapporteur

BOUDJELLAL Bilal Université de M’sila Examinateur

Année universitaire : 2018 /2019

Etude et réalisation d’un onduleur de

tension triphasé à MLI

FACULTE DE TECHNOLOGIE

DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE

N° : 06

DOMAINE : ST

FILIERE : GENIE ELECTRIQUE

OPTION : ELECTROMECANIQUE

REMERCIEMENTS

Nos remerciements vont tout premièrement, à Dieu

le tout puissant de nous avoir donné le courage pour

réaliser ce travail.

On tient à remercier :

Notre encadreur Mr : Bouzidi Riad pour son suivi

continu ainsi que sa bonne orientation du travail.

Nos remerciements vont également à nos professeurs

pour leurs conseils précieux.

On remercie également les membres de jury :

D’avoir acceptés d’honorer par leur présence la

soutenance de notre mémoire de fin d’étude.

Enfin on remercie tous ceux qui nous ont aidé de

près ou de loin afin d’achever ce travail en particulier

mes collègues.

.

Dédicace

Je dédie ce travail à mes très chers parents pour leurs

soutiens inconditionnels.

Puisse Dieu, vous procures santé, bonheur et prospérité.

A mes sœurs et à mon frère Mahdi qui ont su

m’encourager tout au long de ma vie.

A tous les membres de la famille ainsi que nos amis.

BEDDIAR WALID

Dédicace

Je tiens à dédier ce modeste travail avant tout

A la mémoire de mon père,

A ma mère, mes frères et sœurs qui ont su m’encourager

tout au long de ma vie.

A tous les membres de la famille ainsi que nos amis.

OKBA SALAH

Résumé

L’importance et La présence des onduleurs de tension triphasée dans le secteur

industriel par leurs diverses applications tel que l’association aux machines électriques, qui

permet de réaliser des entraînements électriques à vitesse variable, ainsi que l’alimentation

sans interruption et secours des équipements électriques, était l’objectif de plusieurs études

des leurs différentes techniques de commande des onduleurs.

Grâce à l’évolution technologique de l’électronique de puissance, en paramétrant les

instants de commutation des transistors, l'onduleur crée n'importe quelles tensions

alternatives d'amplitude et de fréquence réglable à partir d'une source de tension continue.

Ce présent projet est relatif à l’étude et à la réalisation d’un onduleur de tension

triphasé. Le premier chapitre est consacré à la modélisation mathématique de cet onduleur

triphasé. Dans le second chapitre nous avons présenté les différentes techniques de

commande de l’onduleur avec leurs simulations avec logiciel PSIM, dans le but d’avoir la

meilleure technique de commande. Et nous avons validé pratiquement notre technique de

commande choisie dans le troisième chapitre sur un onduleur triphasé que nous avons réalisé

au niveau du laboratoire de génie électrique. Les résultats expérimentaux et de la simulation

sont identiques, ce qui montre notre réussie pour la réalisation de l’onduleur et pour

l’implantation de la technique MLI.

Mots clé : Onduleur triphasé, MLI, convertisseur statique, validation expérimentale,

carte STM32F407.

Abstract

The importance and the presence of three-phase voltage inverters in the industrial sector

by their various applications such as the association with asynchronous machines, which

allows for variable speed electric drives, as well as uninterrupted power supply and backup

of electrical equipment, was the objective of several studies of the different inverter control

techniques.

Thanks to the technological evolution of the power electronics, by setting the switching

times of the transistors, the inverter creates any alternating voltages of amplitude and

adjustable frequency from a DC voltage source.

This project is related to the study and realization of a three-phase voltage inverter. The

first chapter is dedicated to the mathematical modeling of this three-phase inverter. In the

second chapter we presented the different control techniques of this inverter with their

simulations in the environment of PSIM software, in order to have the best control

technique. And we practically validated our chosen control technique in the third chapter on

a three-phase inverter that we realized at the level of the electrical engineering laboratory.

The experimental results and the simulation are identical, which shows our success for the

realization of the inverter and for the implementation of the PWM technique.

Key words: three-phase inverter, PWM, static converter, STM32F407 card, experimental

validation.

صملخ

جات التوتر ثلاثة الطور ف القطاع الصناع منأهم ان ، والت الكهربائةخلال تطبقاتها المختلفة مثل الارتباط بالآلات ة ممو

لعدد من جعلها هدفا لتسمح بتغر سرعة المحركات الكهربائة، بالإضافة إلى توفر الطاقة دون انقطاع ودعم المعدات الكهربائة،

.هاف تقنات التحكمل المختلفة راساتد ال

،بفضل النهضة التكنولوجة ف مجال الإلكترونو ار متناوب ذو تواتر المموجات تستطع تحول التار المستمر الى أي ت

م فه. متحك

للنمذجة الراضة فه الأولخصص الفصل ، حثرطولكهربائ ثلاث ا وترت جممو انجازبدراسة و عرتبط هذا المشرو

وذلك من أجل الحصول على ،PSIMمحاكاتها ف برنامج ف المموج مع تقنات التحكم بعض منا قد ،ف الفصل الثان ،وجالمم لهذا

الذي أنجزناه ج ثلاث الطورم المختارة لدنا ف الفصل الثالث على الممو قمنا بالتحقق من صحة تقنة التحك ثم ،أفضل تقنة تحكم

على مستوى مختبر الهندسة الكهربائة.

ضمنبتالتحكم وتنفذ تقنة جالممو إنجازا دل على نجاحنا ف تحقق كانت متطابقة، مم نتائج المحاكاةوالنتائج التجربة

.عرض النبضة

STM32F407.البطاقة تجرب،ون، تحقق سك محولتقنة تضمن عرض النبضة، ،الطورج ثلاث ممو :المفتاحيةالكلمات

I

Table des matières

Introduction générale ............................................................................................................................. 1

CHAPITRE I : Modélisation de l’onduleur triphasé

I. 1. Introduction : ................................................................................................................................. 3

I. 2. Définition : ..................................................................................................................................... 3

I.3 Classification des onduleurs : ......................................................................................................... 4

I.3.1 Onduleurs non autonomes : ......................................................................................................... 4

I.3.2 Onduleurs autonomes : ................................................................................................................ 4

I.3.2.1 Onduleurs (autonomes) de tension : ................................................................................. 4

I.3.2.2 Onduleurs (autonomes) du courant ................................................................................. 5

1.3.3 Onduleurs à résonance : .......................................................................................................... 5

I.4 Types d'onduleurs autonomes de tension ...................................................................................... 5

I.4.1 Les onduleurs monophasés ...................................................................................................... 5

I.4.2. Les onduleurs triphasés : ........................................................................................................ 6

I.5. Principe de fonctionnement de l’onduleur triphasé .................................................................... 7

I.6. Modèle mathématique de l’onduleur de tension triphasé : ......................................................... 7

I.7.Dommaines d’application : ............................................................................................................ 9

I.8. Conclusion : ................................................................................................................................... 10

CHAPITRE II : Techniques de commande de l’onduleur de tension triphasé

II.1. Introduction : ............................................................................................................................... 12

II.2.Commande : ......................................................................................................................... 12

II.2.1 Principe de fonctionnement : ............................................................................................... 13

II.2.2 Schéma de bloc : .................................................................................................................... 13

II.2.3 Résultats de simulation : ....................................................................................................... 14

II.2.4 Interprétation : ...................................................................................................................... 16

II.3 Commande 150° : ......................................................................................................................... 16

II.3.1 Principe de la commande : ................................................................................................... 16

II.3.2 Schéma de bloc : .................................................................................................................... 17



II

II.4. La Commande MLI : .................................................................................................................. 19

II.4.1 Différentes techniques de modulation de langueur d’impulsions (MLI) : ....................... 19

II.4.1.1 La modulation linéaire multiple (UPWM) : ................................................................. 19

II.4.1.2 La modulation sinusoïdale triangulaire unipolaire (SPWM) : ................................... 20

II.4.1.3 La modulation sinusoïdale partielle (ou modifie) (MSPWM) : .................................. 20

II.4.1.4 L’injection d’un harmonique 3 dans la référence : ..................................................... 21

II.4.1.5 La modulation calculée : ................................................................................................ 22

II.4.1.6 La Modulation vectorielle : ........................................................................................... 22

II.4.1.7 Commande MLI triangule- sinusoïdales : .................................................................... 22

II.4.2 Caractéristiques de la modulation : ..................................................................................... 23

II.4.3 Principe de base :................................................................................................................... 23

II.4.5 Le schéma de bloc : ............................................................................................................... 24



II.5. Conclusion : ................................................................................................................................. 27

CHAPITRE III : validation expérimentale

III.1 Introduction : .............................................................................................................................. 29

III.2 Présentation de la plateforme du banc d’essai : ....................................................................... 29

III.3 Description de l’onduleur triphasé réalisé : ............................................................................. 31

III.4 Alimentation 15 V DC : .............................................................................................................. 31

III.5 Circuit de commande : ............................................................................................................... 32

III.6 Circuit de Puissance : ................................................................................................................. 33

III.7 Carte de développement des commandes STM32F407-Discovery ......................................... 34

III.8 Résultat expérimentaux : ........................................................................................................... 34

III.9 Interpretation .............................................................................................................................. 38

III.10 Conclusion : ............................................................................................................................... 39

Conclusion générale : .......................................................................................................................... 40

Bibliographie : ....................................................................................................................................... 41

Annexe 01 ............................................................................................................................................. 43

Annexe 02 ............................................................................................................................................. 46

III

Liste des figures

CHAPITRE I : Modélisation de l'onduleur de tension triphasé

Figure I.1. Schéma de principe de l’onduleur ........................................................................................ 4

Figure I.2. Schéma de principe de l’onduleur monophasé ..................................................................... 6

Figure I.3. Schéma d’onduleur de tension triphasé ................................................................................ 6


Figure II.1. Schéma fonctionnel de la commande pleine onde ............................................................ 13

Figure II.2. Impulsions de commande S1, S3, S5 ................................................................................ 14

Figure II.3. Tension simple va et tension composée vab ..................................................................... 15

Figure II.4. Le spectre d’harmonique de la tension Va ........................................................................ 15

Figure II.5. Schéma fonctionnel de la commande 150° ....................................................................... 17

Figure II.6. Impulsions de commande S1, S2, S3 ................................................................................ 17

Figure II.7. Allure des tensions Va,Vab ............................................................................................... 18

Figure II.8. Allure du spectre des harmoniques de la tension Va ........................................................ 18

Figure II.9 La modulation de largeur d’impulsions multiples ............................................................. 19

Figure II.10 MLI sinusoïdal triangulaire unipolaire ............................................................................ 20

Figure II.11 La modulation sinusoïdale modifiée ................................................................................ 21

Figure II.12 MLI avec l’injection de l’harmonique 3 .......................................................................... 21

Figure II.13. Schéma de base MLI ....................................................................................................... 22

Figure II.14. Schéma fonctionnel de la commande MLI ..................................................................... 24

Figure II.15. Allure de tensions des signaux de commande................................................................. 25

Figure II.16. Signaux de la commande MLI ........................................................................................ 25

Figure II.17. Allure des tensions Va, Vab ............................................................................................ 26

Figure II.18. Le spectre d’harmonique de la tension Va ...................................................................... 26

CHAPITRE III : validation expérimentale

Figure III.1 banc d’essai de l’onduleur monophasé ............................................................................. 30

Figure III.2. Présentation de la plateforme du banc d’essai ................................................................. 30

Figure III.3. Onduleur de tension triphasé réalisé ................................................................................ 31

Figure III.4. Schéma du circuit d’alimentation. ................................................................................... 32

Figure III.5. Schéma de principe du circuit de commande des MOSFETs. ........................................ 32

Figure III.6. (a) TLP 250, (b) Configuration des pines de TLP 250 .................................................... 33

IV

Figure III.7. (a) Schéma de principe du circuit de puissance d’un bras de l’onduleur, ....................... 33

Figure III.8. Carte de développement des commandes STM32F407 .................................................. 34

Figure III.9. Signaux de commande Sa, Sb et Sc ................................................................................. 35

Figure III.10. Zoom d’un signal de commande Sb .............................................................................. 36

Figure III.11. Tension simple Va ......................................................................................................... 36

Figure III.12. Tensions simples Va, Vb, et tension composé Uab ....................................................... 37

Figure III.13. Zoom de tensions simples Va, Vb, et tension composé Vab ......................................... 38

Figure III.14. Tensions simples Va, Vb et Vc ..................................................................................... 38

V

Liste des tableaux

Tableau III.1. Table de vérité de l’optocoupleur TLP 250…………………………………..32

1

INTRODUCTION GENERALE

L’alimentation sans interruption des équipements électrique industriels, et

l’entraînement électrique à vitesse variable des machines électriques, était l’objectif de

plusieurs études dans ces dernières années grâce à l’évolution technologique des

convertisseurs statique qui représente le cœur de tous systèmes électriques. L’association des

convertisseurs statiques aux machines asynchrone permet de réaliser des entraînements

électriques à vitesse variable tout en conservant les avantages bien connus de ce type de

moteur, à savoir le faible coût, robustesse et entretient réduit. La fonction d’un onduleur est de

convertir une tension continue d’entrée en une tension de sortie alternative symétrique

d’amplitude et de fréquence désirée. Les onduleurs triphasés sont les plus utilisés dans les

industries à cause de leurs faibles prix, très approuvés du côté de la réalisation et facile du

côté de la commande électrique.

L'évolution de ces qualités est largement due à l'amélioration des performances des

semi-conducteurs de puissance qui a été très importante ces dernières années. Cependant,

même si les performances des semi-conducteurs en tension, courant et rapidité peuvent être

encore améliorées, nous approchons aussi la limite du tolérable. En effet, si le rendement et la

compacité demandent des composants extrêmement rapides, il n'en est pas de même vis à vis

des critères de perturbation, et même dans une certaine mesure de la sûreté de

fonctionnement. De toute évidence, le composant miracle qui commuterait des kilos volts et

des kilos ampères en quelques nanosecondes ne passerait pas inaperçu, mais il serait sans

doute à peu près inutilisable.

Pour cela notre travail consiste à réaliser un onduleur de tension triphasé piloté par la

technique de modulation de largeur d’impulsion MLI à base des MOSFET.

Ce travail sera divisé en trois chapitres. Le premier chapitre consacrera à la

modélisation d’un onduleur de tension triphasé, le deuxième discutera l’étude et la simulation

des différentes techniques de commande de l’onduleur dans l’environnement du logiciel

PSIM.

Et le dernier chapitre sera réservé à la réalisation de la carte de l’onduleur commandé

par le microcontrôleur STM32F407 et à l’implantation de la technique de modulation de

largeur d’impulsion MLI.

Modélisation de l’onduleur de tension triphasé

Chapitre 1

CHAPITRE I : Modélisation de l’onduleur de tension triphasé

3

I. 1. Introduction :

Un convertisseur statique est un système permettant d'adapter la source

d'énergie électrique à un récepteur donné en la convertissant. Les premiers

convertisseurs de puissance électrique ont été réalisés avec des machines électriques

couplées mécaniquement. Avec l'apparition des semi-conducteurs et de l'électronique

de puissance, avec les diodes, les transistors, thyristors etc. Les systèmes de

conversion deviennent de plus en plus élaborés et ne nécessitent plus de machines

tournantes. C'est l'ère des convertisseurs statiques.

On distingue plusieurs familles de convertisseurs statiques :

Continu ----------> Continu (Hacheur)

Continu --------> Alternatif (Onduleur)

Alternatif -------->Alternatif (Gradateur)

Alternatif --------> Continu (Redresseur)

La conversion continue –alternative est assurée par l’onduleur qui permet

d’obtenir une tension alternative à partir d’une source de tension continue. Pour cela,

ce premier chapitre présente la modélisation mathématique de l’onduleur triphasé de

tension.

I. 2. Définition :

Un onduleur est un convertisseur statique assurant la conversion continue –

alternative, alimenté en continu, il modifie de façon périodique les connexions entre

l’entrée et la sortie et permet d’obtenir l’alternatif à la sortie. L'onduleur est

essentiellement utilisé pour fournir une tension ou un courant alternatif afin d’assurer

l’alimentation en énergie des charges critiques (micro-ordinateur, station de

télécommunication.) pendant la coupure du réseau électrique ou une alimentation

permanente pour les systèmes autonomes (centrales photovoltaïques, engins

aérospatiaux,). La représentation symbolique d’un onduleur est donnée par la figure

I.1. :


4

Puissance d’entrée (DC) Puissance de sortie (AC)

Figure I.1. Schéma de principe de l’onduleur

I.3 Classification des onduleurs :

Une première classification peut être faite en distinguant : onduleurs non autonome et

onduleur autonome.

Entre ces deux types d'onduleurs, il existe un type intermédiaire d'onduleur appelé

onduleur à commutation par la charge « ou encore onduleur à résonance »

I.3.1 Onduleurs non autonomes :

Un onduleur est dit non autonome si l'énergie nécessaire pour la commutation des

thyristors est fournie par le réseau alternatif qui est donc un réseau actif. C'est le cas

du fonctionnement en onduleur des redresseurs. La fréquence et la forme d'onde de la

tension sont imposées par le réseau alternatif

I.3.2 Onduleurs autonomes :

Un onduleur autonome est un convertisseur statique assurant la conversion

continu- alternatif. Alimenté en continu, il modifie de façon périodique les connexions

entre l'entrée et la sortie et permet d'obtenir de l'alternatif à la sortie.

Un onduleur autonome dépend essentiellement de la nature du générateur et du

récepteur entre lesquels il est monté cela conduit à distinguer :

I.3.2.1 Onduleurs (autonomes) de tension :

Un onduleur de tension est un onduleur qui est alimenté par une source de

tension continue (source d'impédance interne négligeable), la tension « u » n'est pas

affecté par les variations du courant « i » qui la traverse, la source continue impose la

tension à l'entrée de l'onduleur et donc à sa sortie.

Le courant à la sortie « i' » et donc le courant à l'entrée « i » dépendent de la charge

placée du côté alternatif. Cette charge peut être quelconque à la seule condition qu'il


5

ne s'agisse pas d'une autre source de tension (capacité ou f.e.m alternative)

directement branchée entre les bornes de sortie.

I.3.2.2 Onduleurs (autonomes) du courant

Un onduleur de courant (souvent appelé commutateur de courant) est alimenté par

une source de courant continu, c'est -à - dire par une source d'inductance interne si

grande que le courant « i » qui la traverse ne peut être affecté par les variations de la

tension « u » à ses bornes.

1.3.3 Onduleurs à résonance :

Les onduleurs à résonance sont des onduleurs de tension ou de courant à un

créneau par alternance fonctionnant dans des conditions particulières. La charge doit

être un circuit oscillant peu amorti. On commande les interrupteurs par une fréquence

voisine de la fréquence de résonance de la charge. Si celle- ci varie, il faut faire varier

la fréquence de commande. L'onduleur doit donc être piloté par la charge, il n'est plus

autonome [1].

I.4 Types d'onduleurs autonomes de tension

I.4.1 Les onduleurs monophasés

Pour obtenir une tension alternative à partir d'une tension continue en utilisant

deux interrupteurs, il faut un point milieu, soit du côté de la sortie alternative, soit du

côté de l'entrée continue, cela correspond à :

- L’onduleur monophasé avec transformateur de sortie à point milieu appelé

onduleur push- pull.

- L’onduleur monophasé avec diviseur capacitif à l'entrée appelé onduleur en

demi pont.

Si on veut varier la largeur relative des créneaux formant les alternances de la tension

de sortie, il faut quatre interrupteurs c'est : l'onduleur monophasé en pont figure (I.2).


6

Figure I.2. Schéma de principe de l’onduleur monophasé

I.4.2. Les onduleurs triphasés :

L'onduleur de tension triphasé découle immédiatement de trois demi pont

monophasé, on obtient l'onduleur triphasé à six interrupteurs.

Chaque demi pont comprend un thyristor (ou un transistor) et une diode.

La source de tension continue est obtenue à partir d'un pont redresseur.

Pour assurer la continuité des courants de sortie alternatif Ia, Ib, Ic, les interrupteurs

S1, S'1 et S2, S'2, S3 et S'3 doivent être complémentaires deux à deux.

On définit Si = (Ti, Di) [4].

Figure I.3. Schéma d’onduleur de tension triphasé

I.5. Principe de fonctionnement de l’onduleur triphasé

La représentation schématique de l’onduleur est fournie par la (figure I.3) Pour

assurer la continuité des courants de sortie alternatif Ia, Ib et Ic, les interrupteur S1 et

S1’, S2 et S2’, S3 et S3’ doivent être complémentaire deux à deux, et pour que les

tensions de sortie Va, Vb et Vc soient identiques à un tiers de la période T de leur

fondamental prés, il faut commander chaque demi pont avec un retard de T/3 sur le

S1 S2

S1' S2'

EA

B

VDC1

100N

RL1

O

S1

S1'

S2

S2'

S3

S3'

a

b

c


7

précédent. En commande pleine onde on ferme donc :

S1 pour wt =0 et S1’ pour wt = π.

S2 pour wt =2 π/3 et S2’ pour wt = π+2 π/3

S3 pour wt =4 π/3 et S3’ pour wt= π+4 π/3

La présence du neutre relié à la source est indispensable si le récepteur est

déséquilibré et tout particulièrement s’il comporte des charges monophasées montées

entre phase et neutre. Si le récepteur triphasé est équilibré (moteur triphasé par

exemple) on peut supprimer la liaison entre le point neutre « N » et le point milieu « 0

» du la source, Donc supprimer celui- ci, on obtient alors l’onduleur triphasé

proprement dit [5].

I.6. Modèle mathématique de l’onduleur de tension triphasé :

Les interrupteurs S1 et S1’, S2 et S2’, S3 et S3’ doivent être complémentaires deux à

deux, quel que soit la loi de commande à adopter, il est possible d’établir des relations

générales que nous utiliserons pour la commande MLI ; quels que soient les courants, les

interrupteurs imposent les tensions entre les bornes de sortie A, B, C et le point milieu (fictif)

‘O’ de la source de tension.

{

(I.1)

Les interrupteurs imposent donc les tensions composées à la sortie de l’onduleur ainsi

pour la première de ces tensions.

{

(I.2)

Son point neutre étant isolé, si le récepteur est équilibré on peut passer des tensions

composées aux tensions simples Va, Vb, Vc à la sortie de l’onduleur.

Pour que, quelle que soit leurs formes d’ondes, les trois courants IA, IB, IC aient une

somme nulle, il faut que leurs trois fondamentaux aient une somme nulle et qu’il en soit de

même pour les divers harmoniques.


8

Si le récepteur est équilibré, ces trois phases présentent la même impédance pour le

fondamental ainsi que pour les divers harmoniques, les produits impédances ‘Z’-

courants, c’est à- dire les tensions ont une somme nulle pour les fondamentaux ainsi

que les systèmes harmoniques successifs, en ajoutant toutes ces sommes on obtient la

somme nulle des trois tensions [4].

A cause de l’équilibre on a:

{

(I.3)

Donc :

{

(I.4)

Et on a :

{

(I.5)

Donc :

{

[ ]

[ ]

[ ]

(I.6)

On obtient finalement :

{

[ ]

[ ]

[ ]

(I.7)

Si VAO, VBO et VCO sont les tensions d’entrée de l’onduleur (valeur continues), alors VA,

VB et VC sont les tensions de sorties de cet onduleur (valeurs alternatives), par

conséquent, L’onduleur de tension peut être modélisé par une matrice [T] assurant le

passage continu -alternatif (DC-AC).


9

[ ]

(

) (I.8)

On aura alors :

[VAC] = [T]. [VDC] (I.9)

Avec : [VAC] = [VA VB VC]T : Tension alternative équilibrée.

Et [VDC] = [VAO VBO VCO] T : Tension continue.

I.7.Dommaines d’application :

Les onduleurs ont été conçus essentiellement pour fonctionner dans les

domaines d'applications suivants:

a. Les alimentations sans interruption (ASI) : Certaines applications sensibles

(secteur pétrolier, hôpitaux, serveurs informatiques…) ne peuvent supporter la

moindre panne d'alimentation.

Pour réaliser une alimentation sécurisée، on a la même structure que précédemment

avec des batteries sur le bus continu، ce qui permet de continuer à fournir de l'énergie

et donc une tension sinusoïdale le temps qu'un groupe électrogène prenne le relais.

(Rq : onduleurs plus souvent en monophasé) .

En pratique، les onduleurs actuels (pour ASI ou variateurs) sont pilotés par des

algorithmes très compliqués (contrôle vectoriel de flux) et surtout comporte des

fonctionnalités annexes، support de plusieurs protocoles de communication، pilotage

par PC déporté، paramétrage différent suivant la charge …

Rq : l'onduleur seul peut fonctionner dans les quatre quadrants (à condition de mettre

en anti parallèle des diodes sur les transistors), mais souvent le bus continu est

alimenté par un pont redresseur triphasé à diode qui lui n'est pas réversible en

courant [2].

b. La variation de la vitesse : Comme nous l'avons vu sur les cours sue les MAS

et machines synchrones, la façon la plus efficace de régler la vitesse de ces machines

et d'agir sur la fréquence de leur tension d'alimentation. Pour répondre à ce besoin,

on conçoit donc un redresseur triphasé qui fournit une tension continue et on place

un onduleur à la suite qui crée le réseau de tension triphasé sinusoïdal à une

l'amplitude et à la fréquence permettant le fonctionnement désiré.


10

c. Transfert d’énergie entre deux réseaux de fréquences différentes

d. Alimentation de sureté : pour contrarier les microcoupures ou les tensions

parasites dans le système informatique.

I.8. Conclusion :

L’objectif de ce premier chapitre est la modélisation mathématique de l’onduleur

de tension triphasé, où nous avons le commencer par des généralités sur les

onduleurs (définition, leurs classifications, et leur domaines d’application. Puis nous

avons donné le principe de fonctionnement de l’onduleur avec son schéma de

puissance. Et finalement, nous avons obtenu le modèle mathématique de l’onduleur

qu’est, tout simplement, une matrice carrée. Après cette modélisation, nous

étudierons les différentes techniques de commande dans le prochain chapitre.

Techniques de commande de l’onduleur de

tension triphasé

Chapitre 2


12

II.1. Introduction :

Les onduleurs de tension peuvent être pilotés suivant plusieurs stratégies.

A faibles fréquences, ils sont pilotés à pleine onde, le signal de commande sera à la

fréquence de la tension désirée à la sortie, et la source continue doit être réglable (à

l’aide d’un redresseur à thyristor ou d’un hacheur).

A fréquence élevée, ils sont pilotés en modulation de largeur d’impulsion. Cette

dernière stratégie permet de régler à la fois l’amplitude et la fréquence en gardant la

source continue constante (pont à diode).

Afin de produire une tension de sortie proche de la sinusoïde, différentes stratégies

de commande seront présentés :

1- Commande pleine onde ou .

2- Commande .

3- Commande MLI.

Et nous les simulerons dans l’environnement PSIM pour voir leurs différences.

II.2.Commande :

Dans les variateurs de vitesse, l’onduleur de tension fonctionne presque

toujours en MLI dans toute la plage des vitesses. L’onduleur fait varier non

seulement la fréquence des tensions de sortie mais aussi leur valeur. Toutefois, il faut

d’abord examiner le cas où l’onduleur est commandé en pleine onde, car ce

fonctionnement sert de point de départ et de base de comparaison pour l’étude de

fonctionnement en MLI.

Nous concéderons une charge triphasée équilibrée, et pour simplifier l’étude

nous supposerons que le couplage en étoile (bien que le branchement d’une charge

triangle soit envisageable).

Pour cette structure, plusieurs types de commande sont possible, on a fait les études

pour la commande , c’est la commande la plus utilisée.


13

Les interrupteurs sont commandés pendant une durée correspondant à une demi

période, mais avec des séquences décalées de d’un bras par rapport aux autres

D’où :

- A tout instant deux interrupteurs sont en état de conduire et les quatre autres sont

bloqués

- Deux interrupteurs d’un même bras doivent être commandé de façon

complémentaires afin de ne pas court-circuité la source de tension. On obtient donc

six séquences de conduction par période.

II.2.1 Principe de fonctionnement :

Dans ce type de commande, la génération des signaux de commande de

l’onduleur est effectuée en transformant un signal sinusoïdal en un signal carré pour

chaque phase selon l’algorithme suivant :

Si sin (w.t) > 0 → S (t)=1

Si sin (w.t) < 0 → S (t)=0

Où :

Sin (w.t) : est le signal sinusoïdal ; S (t) : est le signal carré résultant de la

commande.

II.2.2 Schéma de bloc :

Figure II.1. Schéma fonctionnel de la commande pleine onde


14

II.2.3 Résultats de simulation :

Nous avons fait la simulation de la commande en plein onde ou la

commande sur notre onduleur dans l’environnement PSIM, et dont sa charge

est inductive RL couplé en étoile et permettant de mesures la tension simple, avec

une fréquence imposée de 50Hz, et un bus dc de 100V. Les résultats de simulation

sont donnés par les figures (II.2, II.3, II.4).

Figure II.2. Impulsions de commande S1, S3, S5

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S3

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Time (s)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S5


15

Figure II.3. Tension simple va et tension composée vab

Figure II.4. Le spectre d’harmonique de la tension Va

0

-50

-100

50

100

Va

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Time (s)

0

-50

-100

-150

50

100

Vab

0 500 1000 1500 2000

Frequency (Hz)

0

20

40

60

80

Va


16

II.2.4 Interprétation :

La figure (II.2) montre que le impulsions de commande ont été égales à 1

pendant une demi période de 0.01s et ont été décalé avec

La tension composée Vab a alterné entre +Vdc et –Vdc , tandis que la tension simple

a alterné entre 2Vdc/3, Vdc/3 d’une part, et –Vdc/3, -2Vdc/3d’autre part, comme

déjà on a vu au premier chapitre.

Le spectre d’harmonique de la tension de sortie est très riche en harmoniques

de rang faible, donc le filtrage est difficile, ce qui montre que sa forme est très

éloignée à la forme sinusoïdale et ce qui limite son utilisation dans l’industrie. C’est

la stratégie de commande la plus simple et qui ne permet pas de varier sa valeur

efficace.

II.3 Commande 150° :

II.3.1 Principe de la commande :

Chaque interrupteur est commandé pendant 120° ou 150°. Il y a un « trou »

de 60° (ou 30°) entre les commandes de deux interrupteurs d’une même branche,

(commande disjointe).

Les commandes des interrupteurs d’une branche sont décalées de 120° par

rapport aux interrupteurs d’une branche voisine.

150° 30°

S1 S2’ S1

S3 S1’ S3 S1’

S3’ S2 S3’


17

II.3.2 Schéma de bloc :

Figure II.5. Schéma fonctionnel de la commande 150°


Figure II.6. Impulsions de commande S1, S2, S3

VDC1

100

V Van

V

Va

V

Vab

N

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S3

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Time (s)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S5


18

Figure II.7. Allure des tensions Va,Vab

Figure II.8. Allure du spectre des harmoniques de la tension Va


La commande des interrupteurs est décalée : pendant un instant la charge est

court-circuitée sur elle-même.

Ce décalage permet de faire varier la valeur efficace de la tension d’alimentation.

0

-50

-100

50

100

Va

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Time (s)

0

-50

-100

50

100

Vab

0 500 1000 1500 2000

Frequency (Hz)

0

20

40

60

80

Va


19

Suivant la valeur de ce décalage un harmonique gênant sera éliminé (en général

l'harmonique de rang 3).

La forme de la tension de sortie dépend de la nature de la charge.

La commande disjointe permet d’avoir des courbes plus voisines de la

sinusoïde. Le taux de composantes harmoniques de rang faible est minimal

pour 150°. Ce choix simplifie le problème de filtrage mais complique la commande

(enclenchement et déclenchement d’interrupteurs tous les 30°).

II.4. La Commande MLI :

II.4.1 Différentes techniques de modulation de langueur d’impulsions (MLI) :

Plusieurs techniques de modulations ont été adoptées afin d’améliorer la

qualité de la tension à la sortie de l’onduleur, parmi lesquelles on peut citer :

II.4.1.1 La modulation linéaire multiple (UPWM) :

Dans cette technique on compare une porteuse triangulaire avec un signal de

référence linéaire.

L’onde de sortie est sous la forme d’un train d’impulsion en créneaux de

largeurs égales (Figure II.9). Si l’indice de modulation est égal à un, on obtient la

modulation singulière, dans laquelle le signal de sortie est formé d’une seule

impulsion par demi- période.

Figure II.9 La modulation de largeur d’impulsions multiples


20

II.4.1.2 La modulation sinusoïdale triangulaire unipolaire (SPWM) :

Dans ce cas, le signal de référence est sinusoïdal, on obtient à la sortie de

l’onduleur une onde formée d’un train d’impulsion de largeur variable (figureII.10).

Les instants de commutations sont déterminés par des points d’intersection entre la

porteuse et la modulante. La fréquence de commutation des interrupteurs est fixée par

la porteuse. Ce type de MLI est la plus utilisée dans les applications industrielles, car

elle s’est avéré la plus efficace pour la neutralisation des harmoniques.

Figure II.10 MLI sinusoïdal triangulaire unipolaire

II.4.1.3 La modulation sinusoïdale partielle (ou modifie) (MSPWM) :

Le signale référence est toujours sinusoïdal, sauf que dans cette technique la

porteuse n’est pas appliquée au milieu des alternances de la sinusoïde (Figure II.11).


21

Figure II.11 La modulation sinusoïdale modifiée

II.4.1.4 L’injection d’un harmonique 3 dans la référence :

En triphasé, on peut améliorer les performances de la modulation en utilisant

cette technique qui consiste à ajouter l’harmonique 3 à la sinusoïde de fréquence « f »

pour former l’onde de référence (Figure II.12).

L’addition d’harmonique permet d’augmenter l’amplitude maximale du

fondamental dans la référence, et par là dans les tensions de sortie.

Figure II.12 MLI avec l’injection de l’harmonique 3


22

II.4.1.5 La modulation calculée :

Cette technique de MLI consiste à calculer les instants de commutation des

interrupteurs de manière à répondre à certains critères portant sur le spectre fréquentiel

de l’onde délivrée par l’onduleur. Les critères usuellement retenus sont :

- élimination d’harmoniques de rangs spécifiés,

- élimination d’harmoniques dans une bande spécifiée,

- minimisation d’un critère harmonique global.

II.4.1.6 La Modulation vectorielle :

La MLI vectorielle est la méthode récemment la mieux adaptée au contrôle

des moteurs asynchrones. Contrairement à d’autres méthodes, la MLI vectorielle ne

s’appuie pas sur des calculs séparés des modulations pour chacun des bras de

l’onduleur.

II.4.1.7 Commande MLI triangule- sinusoïdales :

Le principe de base de la modulation de largeur d’impulsion est sur le

découpage d’une pleine onde rectangulaire. Ainsi la tension de sortie de l’onduleur est

formée par une succession de créneaux d’amplitude égale à la tension d’alimentation

(continue) et de largeur variable. La technique la plus répandue pour la reproduction

d’un signal MLI est de comparer un signal triangulaire appelé porteuse de haute

fréquence à un signal de référence appelé modulatrice et qui constitue l’énergie du

signal recueil à la sortie de l’onduleur, figure II.13.

Figure II.13. Schéma de base MLI

Vers l’interrupteur

Porteuse

Modulatrice

Vp

Vm

Tp

Tm


23

II.4.2 Caractéristiques de la modulation :

La technique de la MLI se caractérise par deux grandeurs :

Le coefficient de réglage : qui est défini comme étant le rapport de l’amplitude de

l’onde modulante à celle de l’onde porteuse. Il permet de déterminer l'amplitude du

fondamental de l'onde de modulation de largeur d'impulsion

(II.1)

L’indice de modulation : Il est défini comme étant le rapport de la fréquence de

l'onde porteuse à celle d

(II.2)

II.4.3 Principe de base :

La modulation de largeur d’impulsion sinus triangle est réalisée par

comparaison d’une onde modulante basse fréquence (tension de référence) à une

onde porteuse haute fréquence de forme triangulaire. Les instants de commutation

sont déterminés par les points d’intersection entre la porteuse et la modulante, la

fréquence de commutation des interrupteurs est fixée par la porteuse. En triphasé,

trois références sinusoïdale déphasées de 2π/3 à la même fréquence fs. Comme la

sortie de l’onduleur de tension n’est pas purement sinusoïdale, l’intensité de courant

ne l’est pas aussi, donc elle comporte des harmoniques, seuls responsables des

parasites (pulsation de couple électromagnétique) ce qui engendre des pertes

supplémentaires.

Le principe de cette stratégie peut être résumé par l’algorithme suivant :

Vm > Vp → S(t) =1 sinon S(t)= 0

Avec :

Vm : la tension référence. Vp : la tension porteuse. S (t) : est le signal MLI résultant.


24

II.4.5 Le schéma de bloc :

Le schéma fonctionnel de la figure II.14 montre le principe de la commande

triangulon-sinusoïdale MLI :

Figure II.14. Schéma fonctionnel de la commande MLI


Les résultats de simulation des figures (II.15, II.16, II.17, II.18) ont été obtenus

lors de l’application de la MLI triangle-sinusoïdal sur l’onduleur triphasé où :

La fréquence est égale 50Hz.

La fréquence de commutation est égale 10kHz.

La tension continue est 100 V.

100

Vdc

0.9

0.9

0.9

V

V

VV

VV


25

Figure II.15. Allure de tensions des signaux de commande

Figure II.16. Signaux de la commande MLI

0

-0.5

-1

-1.5

0.5

1

Vcarr Vma

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018 0.002

Time (s)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S3

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Time (s)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

S5


26

Figure II.17. Allure des tensions Va, V ab

Figure II.18. Le spectre d’harmonique de la tension Va


La figure (II.15) montre bien le principe de fonctionnement de la technique MLI

Si Vréf > Vpor S1=1 Sinon S1=0.

On montre qu’il est possible en calculant soigneusement les angles de

commutation, d’annuler complètement les harmoniques de rang faible. Cela est

assurer dans les onduleurs industriels par un système à microprocesseur dans lequel

sont mis en mémoire les valeurs des angles de commutation.

0

-50

-100

50

100

Va

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

Time (s)

0

-50

-100

-150

50

100

Vab

0 500 1000 1500 2000

Frequency (Hz)

0

10

20

30

40

50

Va


27

En se limitant aux harmoniques de rang faible, le THD est alors voisin de zéro.

Il est facile par un simple filtrage passe-bas d’éliminer les harmoniques ; Figure

(II.17).

II.5. CONCLUSION :

La simulation des différentes techniques de commande de l’onduleur triphasé

a montré que la technique de modulation de largeur d’impulsion MLI possède un

meilleur résultat par apport aux deux techniques étudiés car, elle repousse les

harmoniques vers les fréquences les plus élevés ce qui :

Facilite le filtrage

Minimise la distorsion du courant.

Faire réduire le coût du filtre de sortie.

Et elle donne des formes des tensions très proches à la forme sinusoïdale.

La commande donne des bons résultats par apport à la commande mais la

réalisation de son algorithme est très compliquée.

Donc, nous validerons expérimentalement la commande MLI sur un onduleur

triphasé qui nous le réaliserons à base des MOSFETs. Ceci l’objectif du dernier

chapitre.

Chapitre 3

Validation expérimentale

CHAPITRE III : Validation expérimentale

29

III.1 Introduction :

Ce dernier chapitre est réservé à la validation expérimentale de la commande

MLI sinusoïdale, pour notre onduleur triphasé réalisé au niveau du laboratoire de

génie électrique.

L’onduleur réalisé comporte trois parties essentielles, qui sont : Alimentation 15 V

DC, Circuit de commande et Circuit de puissance.

Premièrement, nous présenterons chaque partie de l’onduleur en détaille, ensuite

nous exposerons la carte de développement STM32F407 utilisé pour générer

l’algorithme de la modulation de largeur d’impulsion MLI dans l’environnement

Matlab.

Finalement nous donnerons les résultats expérimentaux de cette technique avec, bien

sûr, une comparaison aux résultats de simulations.

III.2 Présentation de la plateforme du banc d’essai :

Toutes les taches concernant la réalisation de notre onduleur triphasé (test sur une

plaque d’essai, tirage et perçage de la carte du circuit imprimé, soudage des

composants électroniques et test final de l’onduleur), ont été réalisées au niveau du

laboratoire de génie électrique et de l’électronique.

Donc, pour bien dimensionner l’onduleur triphasé, nous avons réalisé un onduleur

monophasé en demi-point sur une plaque d’essai.

Ce test nous a permet de déterminer les valeurs de tous composants nécessaires au

fonctionnement d’un bras de l’onduleur, ce dernier est utilisé pour alimenter une

charge résistive (lampe électrique), figure III.1.


30

Figure III.1 banc d’essai de l’onduleur monophasé

Pour tester notre onduleur triphasé, nous avons utilisé le banc d’essai de la figure (III.2).

L’onduleur triphasé est piloté par la technique MLI, pour alimenter un moteur asynchrone

triphasé de puissance 0.9 kW, pour plusieurs fréquences : 25Hz, 50Hz et 75Hz.

Figure III.2. Présentation de la plateforme du banc d’essai


31

III.3 Description de l’onduleur triphasé réalisé :

Notre onduleur réalisé comporte trois parties essentielles Figure III.3 :

1. Alimentation 15v DC.

2. Circuit de commande.

3. Circuit de puissance.

Figure III.3. Onduleur de tension triphasé réalisé

III.4 Alimentation 15 V DC :

Pour alimenter les optocoupleurs (TLP 250) du côté puissance, nous avons

réalisé une alimentation 15 v DC à partir de 220 AC dont son schéma électrique est

illustré sur la figure III.4.

La tension alternative devenue du secondaire du transformateur 220/24 AC,

est redressé à l’aide d’un pont de Graetz, et est filtré par des condensateurs pour

garantir une tension lisse à l’entrée du régulateur LM 7815, dont sa sortie est filtrée

aussi pour assurer une 15 v DC stable.

1

2 3


32

Figure III.4. Schéma du circuit d’alimentation.

III.5 Circuit de commande :

Figure III.5. Schéma de principe du circuit de commande des MOSFETs.

L’isolation galvanique entre le circuit de puissance et le circuit de commande

est assuré par l’optocoupleur TLP250. Figure III.6. (a).

Un optocoupleur est un composant électronique capable de transmettre un signal

électrique à un autre sans aucun contact galvanique entre eux. Figure III.6 (b) Le

principe de fonctionnement de TLP 250 est résumé dans la table de vérité suivante :

Tr1 Tr2

Led d’entrée On On Off

Off Off On

Tableau III.1. Table de vérité de l’optocoupleur TLP 250

D7DIODE

D8DIODE

D9DIODE

D11DIODE

C1

VI1

VO3

GN

D2

LM7815

C2

p11

p25

AC16

AC27

AC39

AC410

TRANSFORMATEUR220/24V

GND-P

+15V

C3 C424V Ac220V Ac

R

R1

Q9IRFP460

R

R1

Q10IRFP460

R2

D14

DIODE

D15

DIODE

C7

D16

R2A

GND-C

GND-C

+ VDC

Vin12

Vin23

VB8

VH7

VH6

VS5

TLP250

Vin12

Vin23

VB8

VH7

VH6

VS5

TLP250

+15 V

PWM

PWM

C


33

(a) (b)

Figure III.6. (a) TLP 250, (b) Configuration des pines de TLP 250

III.6 Circuit de Puissance :

Nous avons utilisé pour notre onduleur le transistor MOSFET IRFP 460

qu’est capable de supporter une tension maximale de 500 V et un courant maximum

de 20 A, sa fréquence de commutation maximale est 1MHz figure III.7. (a).

Un circuit de protection est ajouté pour protéger les interrupteurs contre les

lors de la commutation On-Off, et contre les

lors de la commutation Off-On

Figure III.7. (b)

(a) (b)

Figure III.7. (a) Schéma de principe du circuit de puissance d’un bras de l’onduleur,

(b) Le transistor MOSFET IRFP 460.

Q7IRFP460

Q8IRFP460

D121N4007

D131N4007

C5

C6

R14

R19

+ Vdc


34

III.7 Carte de développement des commandes STM32F407-Discovery

La carte STM32F4Discovery permet aux utilisateurs de développer

facilement des applications avec un microcontrôleur haute performance STM32F4

muni d’un processeur ARM Cortex-M4 32 bits. Elle inclut tout ce qui est nécessaire

pour les débutants ou pour les utilisateurs expérimentés pour commencer rapidement

à effectuer des développements.

Peu coûteuse et facile à utiliser, la carte STM32F4Discovery aide à découvrir

les fonctionnalités haute performance du microcontrôleur STM32F4 et à développer

facilement des applications. Figure III.8.

Figure III.8. Carte de développement des commandes STM32F407

III.8 Résultat expérimentaux :

Afin de valider pratiquement les résultats de simulation de la technique de

modulation de largeur d’impulsion MLI de l’onduleur triphasé, nous avons alimenté

un moteur asynchrone triphasé de puissance 0.9 kW par notre onduler réalisé. Ce

dernier est piloté par la technique MLI dont ses caractéristiques sont :

La fréquence du signal de référence est : 50Hz

La fréquence d’échantillonnage est : 10Khz

La fréquence de commutation est : 2.5 kHz

Le type de porteuse est : Mode centré.


35

Les résultats expérimentaux ont été présentés comme suit :

Signaux de commande Sa, Sb, Sc. figure III.9.

Zoom d’un signal de commande. Figure III.10.

Tension simple Va. figure III.11.

Tensions simples Va, Vb, et tension composé Uba. Figure III.12.

Zoom de tensions simples Va, Vb, et tension composé Uba. Figure III.13.

Tensions simples Va, Vb et Vc. Figure III.14.

Figure III.9. Signaux de commande Sa, Sb et Sc


36

Figure III.10. Zoom d’un signal de commande Sb

Figure III.11. Tension simple Va


37

Figure III.12. Tensions simples Va, Vb, et tension composé Uab

Figure III.13. Zoom de tensions simples Va, Vb, et tension composé Vab


38

Figure III.14. Tensions simples Va, Vb et Vc

III.9 Interprétation :

Les résultats expérimentaux montrent bien l’efficacité du notre onduleur réalisé

pour générer un système triphasé équilibré de tensions décalés de

et de fréquence

qui nous le choisi, et des amplitudes réglables, ce qui nous a laissé commander le

moteur asynchrone triphasé en boucle ouverte pour n’importe quelle vitesse choisie.

Dans les figures III.9 et III.10 Illustrent clairement les sorties MLI de la carte

STM32F407 avec une fréquence de référence de 50Hz (20 ms), Et une fréquence de

commutation de 2.5 kHz (400us), qui nous avons choisi.

Les figures III.11 et 12 et 13. Présentent les tensions simples Va et Vb avec, bien

sûr, les niveaux 2Vdc/3, Vdc/3, -2Vdc/3 et -Vdc/3 qui sont bien observés. La même

chose pour la tension composée où les deux niveaux sont également bien remarqués.

La dernière figure III.14. Montre bien le système triphasé qu’est composé par les

trois tensions Va, Vb, et Vc. Ces tensions sont très proches à la sinusoïde et avec un

simple filtre LC on peut extraire leurs tensions fondamentales.


39

III.10 Conclusion :

Ce dernier chapitre est réservé à la validation pratique de la technique de

modulation de largeur d’impulsion MLI pour un onduleur triphasé de tension.

Nous avons commencé ce chapitre par les différentes étapes de la réalisation de

l’onduleur et de l’implantation de l’algorithme MLI en détail, ensuite une description

générale pour la carte de développement STM32F407 est bien illustrée. En fin, nous

avons donné les résultats expérimentaux avec leurs interprétations.

Les résultats expérimentaux et de la simulation lors de ce projet de fin d’étude

sont identiques, ce qui montre notre réussite pour la réalisation de l’onduleur et pour

l’implantation de la technique MLI.

Conclusion générale

40

Conclusion générale :

L’objectif principal de ce travail est l’étude et la réalisation d’un onduleur de

tension triphasé à MLI. Ce travail est organisé en trois parties , dans la première

partie nous avons donné le modèle mathématique de l’onduleur dont sa forme est une

matrice carré.la deuxième partie est réservé à la simulation de différente technique de

commande de l’onduleur triphasé à savoir commande , commande et

commande MLI. Cette dernière technique a présenté les meilleures formes de tension

qu’ont très proches à la forme sinusoïdale avec moins d’harmonique.

La dernière partie a exposé la validation pratique de la technique MLI sur

l’onduleur triphasé que nous avons réalisé. Les résultats expérimentaux ont été

similaire avec les résultats de simulation ce qui montre l’efficacité de notre onduleur.

En outre, ce dernier a énormément contribué à consolider nos connaissances

dans la réalisation d’un onduleur de tension triphasé, surtout avec son importance

dans le domaine industriel. Des difficultés rencontrées nous lors de la réalisation

pratique, qui se résume uniquement sur la disponibilité des composants électronique.

A travers ce projet on a su acquérir l’esprit du travail en groupe avec tout

l’échange d’idées qui vient avec, et la capacité de bien coordonner et répartir les

tâches.

Comme perspectives, nous pouvons proposer la continuité des études suivantes

Recherche d'autres techniques de commande qui permettent d'avoir une tension à la

sortie la plus sinusoïdale possible.

Envisager d’associer ce type de convertisseurs à charges pratiques telles que les

moteurs électriques pour la variation des vitesses de rotation.

Bibliographie

41

Bibliographie :

[1]-BOUKAROURA Abdelkader, « Modélisation et Diagnostic d’un Onduleur

Triphasé par l’Approche Bond-Graph », Magister en électrotechnique, Université

Ferhat Abbas de Sétif 2009.

[2] Application ASI , « onduleur de tension description », www.wikipédia.com

[3]-Adjimi Nadia et Belaidi Wahiba, « modélisation et commande d'un onduleur

MLI », Mémoire master, Université Larbi Ben M’hidi Oum El-Bouaghi, 2009.

[4]- G. Seguier and F. Labrique, ‘Les Convertisseurs de l’Electronique de Puissance’,

Tome 4 : La Conversion Continu-Alternatif’, Edition Lavoisier, Technologie et

Documentation, 1989.

[5]- Benadel HANI Chouidira MESSAOUD, technique de commande d’un onduleur

triphasé, projet de fin d’étude licence génie électrique .

[6] Discovery kit with STM32F407VG MCU User Manual,

www.st.com/resource/en/user_manual/dm00039084.pdf

http://www.wikipédia.com/

http://www.st.com/resource/en/user_manual/dm00039084.pdf

Annexe 01

42

ANNEXE 01

1.Transistor à Effet de Champ de Puissance « MOSFET » :

Le transistor MOSFET (Métal-Oxyde Semi-conducteur Field Affect

Transistor) est un élément Trans conducteur, c’est à dire un composant actif

destiné à fournir une variation de courant circulant entre deux bornes Source (S) et

Drain (D), à partir d’une faible variation de tension appliquée sur une électrode de

commande Grille(G) figure 1 (a).

Figure 1. (a) schéma électrique du MOSFET ;(b) schéma de

l’élimination de la diode interne

Ce transistors à effet de champ possède par construction une diode « D’»

en parallèle inverse mais cette dernier, elle a un temps de recouvrement lent.

Notre utilisation de ce semi-conducteur nécessite un temps de

recouvrement rapide, pour cela on branche une diode rapide « D1 » en

antiparallèle avec le transistor « MOS » (voir figure 1 (b)) et pour empêche la

conduction de la diode lent intégrée « D’» en branchant une diode rapide

« D2» directe en série avec le transistor « MOS ».

Annexe 01

43

2. Critère de choix de l’élément Semi-conducteur

La figure 2 illustre la gamme des semi-conducteurs en fonction de la puissance

et de la fréquence d’utilisation elle, nous aide selon la puissance de notre

convertisseur, et d’autres paramètres à prendre en compte, à choisir le transistor

MOSFET de puissance adéquat pour notre onduleur.

Figure 2. L’échelle des semi-conducteurs (interrupteurs).

3. Commande d’un transistor MOSFET

L’application d’une tension UGS nulle ou négligeable entre la grille et la source

provoque le blocage du transistor MOSFET, par contre une tension UGS positive

permet le passage au l’état de saturation du transistor MOS voire figure 3.

Figure 3. Caractéristiques d’un transistor MOSFET.

(a) caractéristique de sortie ; (b) caractéristique de commande.

Annexe 01

44

4.Aire de sécurité d’un transistor MOSFET

L’aire de sécurité fixe les limites de la tenue courant tension pour le drain d’un

transistor MOSFET qui est définies par la figure 4.

Figure 4 Aire de sécurité d’un transistor MOSFET.

1 : La limite du courant maximal ID.

2 : La limite de la puissance de dissipation maximale PMAX.

3 : La limite de la tension UDS maximale VS.

Le courant en trait interrompue limite l’aire de sécurité pour un fonctionnement en

régime impulsionnel d’une durée de 1μs.

5.Phénomènes de commutation d’un transistor MOSFET

Les temps d’enclenchement et de déclenchement du transistor MOS sont

extrêmement courts (quelques dizaines de ns).

La figure 5. (a) représente le montage d’un transistor MOS sur une charge résistive

pour la définition des temps de commutation, figure 5. (b) donnés par le constructeur.

Annexe 01

45

Figure 5. Commutation d’un transistor MOSFET. (a) Circuit de test ; (b)

Allures des tensions UGS et UDS.

Td (on) : retard à l’enclenchement ou temps de réponse.

Tr : temps de croissance d’une impulsion.

Ton=Td (on) +Tr. : temps total d’établissement.

Td (off) : retard au déclenchement.

Tf : temps de décroissance d’une impulsion.

T off=Td (off) +T f : temps total de coupure.

Annexe 02

46

Annexe 02

1. Caractéristiques de la carte STM32F4Discovery :

Figure .1. la carte STM32F4

La carte STM32F4Discovery offre les caractéristiques suivantes :

— Un microcontrôleur STM32F407VGT6 avec processeur ARM Cortex-M4 32 bits

doté de :

— une mémoire Flash de 1 Mo

— une mémoire vive de 192 Ko

— une FPU,

— Un ST-LINK/V2 intégré.

Annexe 02

47

Alimentation de la carte :

— par bus USB,

— par alimentation externe : 3 V ou 5 V.

— Un accéléromètre à 3 axes ST MEMS LIS3DSH,

— Un capteur audio (microphone) digital omnidirectionnel ST MEMS MP45DT02.

— Un DAC audio avec haut-parleur de classe D intégré.

— Huit LEDs :

— LD1 (rouge/vert) pour la communication USB,

— LD2 (rouge) pour la mise sous tension 3.3 V,

— Quatre LEDs Utilisateur : LD3 (orange), LD4 (vert), LD5 (rouge) et LD6 (bleu),

— 2 LEDs USB OTG (USB On-The-Go):

— LD7 (vert) VBUS,

— LD8 (rouge) surintensité.

— Deux boutons poussoir (utilisateur et réinitialisation).

— Interface USB OTG avec connecteur micro-AB.

— En-têtes d’extension pour les E/S pour une connexion rapide à la carte.

— Logiciel gratuit, complet et comprenant une variété d’exemples, constituant le

package logiciel

STM32CubeF4. [6]

Documents

Du diplôme de Master Académique